渤海灣注聚油田聚合物降解和保粘工藝

盧大艷，白 俊，唐勁松

（ 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

聚丙烯酰胺是聚合物驅油中應用最為普遍的聚合物，它對剪切降解比較敏感，當其溶液流動時，所受的剪切應力增大至足以使聚丙烯酰胺分子鏈斷裂時，它將產生機械降解[1]。聚合物溶液粘度受配聚水和稀釋水的礦化度、溫度、鐵離子含量的影響較大，同時在注入過程中還存在著微生物降解。

通過對渤海灣綏中36-1 油田、錦州9-3 油田和旅大10-1 油田連續取樣化驗分析，開展了聚合物干粉質量現場檢驗，地面配注各階段聚合物溶液降解檢測，配聚水和稀釋水水質化驗等一系列的調查研究工作，研究了氧化劑對聚合物的降解作用， 采取了改進地面配注工藝、研發保粘新技術、投加鐵離子抑制劑、加強現場生產管理等一系列有效措施， 較大幅度地提高了聚合物溶液粘度，得到了一致的結論和認識。

1 聚合物干粉質量檢驗和性能評價

渤海灣聚驅采用的聚合物干粉有三種。 改性聚合物應用于綏中36-1 油田，耐溫抗鹽聚合物應用于旅大10-1 油田，法國愛森聚合物應用于錦州9-3 油田。 通過對這三種聚合物干粉進行質量檢測， 重點考察其抗剪切性能。

1.1 聚合物干粉質量檢驗

表1 檢測試驗結果表明： 改性聚合物有小批次粒度超標， 可能由于聚合物產品在造粒過程中存在問題或在運輸過程中受潮； 耐溫抗鹽聚合物各項指標達到要求；愛森聚合物粘度稍低于控制指標要求。

1.2 抗剪切性能評價

1.2.1 室內實驗評價 表2 室內實驗評價結果表明，不同油田采用不同類型的聚合物干粉， 在抗剪切性能方面愛森聚合物優于耐溫抗鹽聚合物和改性聚合物。1.2.2 現場評價聚合物溶液在注聚泵前泵后粘度保留率 表3 現場泵前泵后粘度檢測結果表明： 在粘度平均保留率方面愛森聚合物最優，改性聚合物次之，耐溫抗鹽聚合物最差，與室內實驗結果不盡相同。

2 配聚水和稀釋水水質變化對聚合物溶液粘度的影響

配聚水和稀釋水水質變化對溶液粘度的影響，主要體現在礦化度、溶解氧、金屬離子、生物細菌、H2S、pH 值和溫度等因素方面。由于海上油田地理條件的限制， 缺乏淡水，SZ36-1 油田現場配制聚合物母液低壓水樣主要由水源井提供， 稀釋目標液為水源井與油田產出污水混配后的高壓水[2]。 下面以綏中36-1 油田現場配聚用水和稀釋水取樣化驗分析，結果（ 見表4）。

表1 三種聚合物干粉質量檢測試驗結果

表2 三種聚合物抗剪切性能評價試驗結果

表3 三種聚合物泵前后粘度檢測試驗結果（ 濃度5 000 mg/L）

表4 配聚水和稀釋水分析結果

2.1 礦化度對聚合物溶液粘度的影響

以綏中36-1 油田采用改性聚合物為例，從圖1 可以看出，隨著礦化度的增大，聚合物溶液粘度呈下降趨勢。 而且聚合物濃度越高，隨著礦化度的增大，聚合物溶液粘度下降的幅度越小。礦化度范圍在2 000 mg/L～30 000 mg/L、聚合物濃度為1 000 mg/L 時，粘度下降幅度達到69.1 %；濃度為1 500 mg/L 時，粘度下降幅度達35.4 %；濃度為1 750 mg/L 時，粘度下降幅度僅為10.1 %。

圖1 新型改性聚合物粘度-礦化度關系圖

當現場配聚水和稀釋水礦化度小于10 000 mg/L時，濃度選擇1 750 mg/L，聚合物溶液粘度有一定程度的損失。

圖2 錦州9-3 油田生產水處理流程各節點水樣配制的聚合物粘度檢測結果

2.2 殺菌劑及清污混注藥劑對聚合物溶液粘度的影響

海上注聚油田配聚用水普遍采用經過處理的水源井水和生產污水混配而成。 水源井水和生產污水處理過程中都加入了殺菌劑和ClO2強氧化劑，這對聚合物溶液粘度造成了較大影響。 從油田生產水處理流程各節點取水樣配制的聚合物溶液，其粘度呈下降趨勢，最大粘度保留率為34 %。以錦州9-3 油田生產水處理流程各節點取水樣配制聚合物溶液為例（ 見圖2）。

2.3 鐵離子對聚合物溶液粘度的影響

對油田配聚水和稀釋水鐵離子進行現場檢測，配聚水Fe2+和總鐵含量均大于2.0 mg/L，稀釋水Fe2+和總鐵含量均小于0.5 mg/L（ 見表5）。

表5 綏中36-1 油田配聚水狀況

表6 配聚水中含Fe2+對聚合物溶液粘度的影響

配聚水Fe2+和總鐵含量超標， 達到2.18 mg/L 和2.36 mg/L。 取不同聚合物進行室內實驗評價， 結果表明，當Fe2+的含量大于0.5 mg/L 時，對聚合物溶液粘度影響很大。 這是因為溶液中含有的Fe2+遇到溶解在水中的氧氣，發生二次氧化反應，產生的·OH 自由基攻擊聚合物分子主鏈，造成聚合物分子主鏈斷裂，從而使粘度下降。 室內實驗結果（ 見表6）。

溶液中的Fe2+會對聚合物產生降解作用， 導致聚合物粘度損失。 實驗研究得出：當Fe2+＞0.5 mg/L 時，聚合物分子鏈發生降解、相對分子質量保留率小于95 %。當Fe2+濃度達2.0 mg/L 時， 聚合物相對分子質量的降解率接近30 %。 現場取樣化驗結果表明，由于平臺配聚水由水源井水和生產污水混配而成， 因此從聚合物溶液長期穩定性考慮，配聚水必須采取除鐵措施，以消除其對聚合物溶液粘度的影響。

3 地面配注工藝對聚合物溶液剪切降解的影響

聚合物溶液配注工藝是聚合物驅油的關鍵技術之一。為了達到良好的驅油效果和經濟效益，在聚合物溶液配注過程中尤其要注重對粘度損失的研究[3]。海上油田聚合物溶液地面配制和注入工藝流程（ 見圖3）。

對綏中36-1 油田CEPK 平臺注聚各流程段進行多次取樣化驗，檢測在同一濃度、溫度和工作環境下，溶液粘度保留情況，主要檢測點有：熟化器撬出口、喂入泵撬進出口、過濾器撬進出口、注聚泵撬進出口。現場檢測數據表明，注聚泵出口聚合物溶液粘度對比熟化器出口粘度，整個熟化配注系統粘度保留率為85.35 %，檢測數據（ 見表7）。

4 保粘工藝技術研究和應用效果

針對聚合物驅注入過程中影響聚合物溶液粘度的諸多因素，進行了保粘工藝技術研究和現場應用，取得了明顯的效果。

圖3 地面配注工藝流程示意圖

表7 配注過程中各流程段降解數據

4.1 加強聚合物干粉質量檢驗，確保干粉質量

從聚合物干粉質量檢驗入手， 加強碼頭庫房聚合物陸地質量檢驗，及時反饋信息；同時在海上平臺現場實施過程中加強抽檢和第三方檢測。

4.2 注入Fe2+抑制劑，改善聚合物粘度

配聚水Fe2+含量嚴重超標， 是引起聚合物粘度大幅降低的重要因素之一。室內實驗研究表明：通過加入鐵離子抑制劑如EDTA、檸檬酸鈉[3]等，能夠很大程度上抑制Fe2+活性， 達到提高聚合物粘度的作用。 綏中36-1 油田現場使用效果表明，檸檬酸鈉鐵離子抑制劑能有效降低Fe2+濃度，聚合物母液、井口目標液粘度有明顯提高，提高值大于10 %。

4.3 采用合適的清污水混合來配制聚合物母液

清污水混配比例對聚合物粘度影響較大。 現場實際配比結果表明，當清水污水比例低于25 %時，溶液粘度很低。 隨著清水比例增加，溶液粘度也相應提高。當清污水比例在1：1 時，溶液粘度達到最大值。 之后，隨著清水比例的增加，溶液粘度則有一定程度的降低。

4.4 加強現場生產管理，提高混注濃度合格率

針對現場混注濃度低和均勻度不夠的問題， 加強現場生產管理， 提高配注合格率并定期對計量儀表進行校核，將不合格的計量儀表進行維修和更換，保證濃度合格率在98 %以上，提高聚合物溶液粘度穩定性。

5 結論

（ 1）聚合物干粉質量是影響聚合物溶液粘度的關鍵，直接制約聚合物驅試驗的效果，因此需要加強產品質量和第三方檢驗。

（ 2）配聚水和稀釋水的水質變化對聚合物粘度影響較大。 配聚水Fe2+含量超標，稀釋水含油和懸浮物固體含量超標。 因此，需要采取配套措施，如加入鐵離子抑制劑、降低含油和懸浮物含量，改善水質，保證入井粘度。

（ 3）采取最佳的清污水混配比例（ 1：1），有利于提高聚合物溶液粘度，從而大大提高聚合物干粉使用效率。

（ 4）地面配注工藝中，高效熟化器的均勻熟化、注聚泵的高壓剪切是提高系統粘度保留率的關鍵點因素。

［ 1］ 王翠麗.礦場聚合物注入節點粘度損失分析［ J］.中國石油和化工標準與質量，2012，（ 1）：292.

［ 2］ 王成勝，黃波，易飛，等.渤海綏中36-1 油田締合聚合物黏度損失研究［ J］.石油鉆采工藝，2010，32（ 5）：82-85.

［ 3］ 李杰訓，張偉，蘆維年，等.聚合物溶液配注過程中的粘度損失［ J］.石油規劃設計，2000，11（ 2）：22-24.